ARZÉN. 50 μg/L  10 μg/L A határérték meghatározása: Maximálisan megengedhető arzén bevitel: 2 μg arzén/kg/nap Átlagos 70 kg-os testtömeget feltételezve.

Az előadások a következő témára: "ARZÉN. 50 μg/L  10 μg/L A határérték meghatározása: Maximálisan megengedhető arzén bevitel: 2 μg arzén/kg/nap Átlagos 70 kg-os testtömeget feltételezve."— Előadás másolata:

1 ARZÉN

2 50 μg/L  10 μg/L A határérték meghatározása: Maximálisan megengedhető arzén bevitel: 2 μg arzén/kg/nap Átlagos 70 kg-os testtömeget feltételezve  140 μg arzén/nap Biztonsági tényezők figyelembe vétele: 100 μg arzén/nap

3 100 μg arzén/nap Étel: 60-80 μg arzén/nap Ivóvíz általi fogyasztás: 20 μg arzén/nap 2L-es átlagos ivóvízfogyasztást feltételezve 10 μg/L a maximálisan megengedhető arzén koncentráció ivóvízben

4 100 μg arzén/nap Étel: 20-30 μg arzén/nap Ivóvíz általi fogyasztás: 70 μg arzén/nap 2L-es átlagos ivóvízfogyasztást feltételezve 30 μg/L maximális koncentráció az ivóvízben megengedhető lenne Magyarországon...

5 Arzén Határérték: Régi magyar szabvány szerint:50 μg/L EU, új (2001 óta) magyar szabvány szerint:10 μ g/L Előfordulás: anionos formában, tehát oldott állapotú anyag jelenik meg felszínalatti vizeinkben pH < 8,0 - H 3 AsO 3 As(III) pH < 6,0 - H 2 AsO 4 - pH > 6,0 - HAsO 4 2-

6 Az arzén eredete Ásványok: többnyire vas- és kéntartalmú ásványokban jelenik meg Az arzén felszín alatti vizeinkben vas és mangán vegyületekkel együtt fordul elő Adott körülmények között (például az ásványokban jelen lévő kén átalakulása miatt, a fémek és az arzén oldott állapotba kerülhetnek) Reduktív viszonyok között a vas, a mangán és az arzén oldott állapotú vegyületei stabilizálódnak

7 Az arzén egészségügyi hatásai Rákkeltő (pl. „feketeláb betegség”)

8 Az arzén eltávolítására szolgáló technológiák

9 Alkalmazott technológiaArzén-eltávolító mechanizmus Koaguláció és szilárd/folyadék fázisszétválasztás kicsapatás adszorpció koprecipitáció Aktivált alumínium-oxidon történő adszorpció adszorpció Granulált vas-hidroxidon történő adszorpció adszorpció Ioncserés eljárásspeciális adszorpció Meszes vízlágyítás során történő arzén eltávolítás adszorpció a csapadék felületén, koprecipitáció Membrán technológiáknyomás hatására történő szilárd/folyadék fázisszétválasztás Szűrés mangán zöldhomokon keresztül katalitikus oxidáció, majd ezt követően adszorpció

10 Alkalmazott technológiaArzén-eltávolító mechanizmus Koaguláció és szilárd/folyadék fázisszétválasztás kicsapatás adszorpció koprecipitáció Aktivált alumínium-oxidon történő adszorpció adszorpció Granulált vas-hidroxidon történő adszorpció adszorpció Ioncserés eljárásspeciális adszorpció Meszes vízlágyítás során történő arzén eltávolítás adszorpció a csapadék felületén, koprecipitáció Membrán technológiáknyomás hatására történő szilárd/folyadék fázisszétválasztás Szűrés mangán zöldhomokon keresztül katalitikus oxidáció, majd ezt követően adszorpció

11 Arzén eltávolítása koagulációval + szil/foly fázissztétválasztással Lépései: Oxidáció Koaguláció (szilárd formává történő átalakítás) Szilárd/folyadék fázisszétválasztás (ülepítés, szűrés)

12 Oxidáció: Klór Kálium-permanganát Ózon (szervesanyag jelenléte befolyásolja a hatékonyságot) Levegő oxigénje – nem elég erős

13 Arzén eltávolítása koagulációval + szil/foly fázissztétválasztással A szilárd formává való alakulás a következő lépések szerint történik (a vas- illetve alumínium sókkal végzett koaguláció során): precipitáció (kicsapatás): oldhatatlan AlAsO 4 illetve FeAsO 4 képződése koprecipitáció: az arzén beépülése az alumínium- illetve vas-hidroxid pelyhekbe adszorpció: az arzenát [As(V)] vegyületek adszorpciója a vas- illetve alumínium-hidroxid pelyhek felületén

14 Vas-hidroxid pelyhek adagolása Al-hidroxid pelyhek adagolása Koaguláció (Al) Koaguláció (FeCl 3 ) Szorbeálódott arzén móljainak száma / az adagolt vas vagy alumínium móljainak száma Az oldatban maradó egyensúlyi arzén-koncentráció (  M) Forrás: Edwards (1994) Az „előre létrehozott” pelyhek és az in-situ pehelyképződés hatékonyságának összehasonlítása

15 Vas-hidroxid pelyhek adagolása Al-hidroxid pelyhek adagolása Koaguláció (Al) Koaguláció (FeCl 3 ) Szorbeálódott arzén móljainak száma / az adagolt vas vagy alumínium móljainak száma Az oldatban maradó egyensúlyi arzén-koncentráció (  M) Forrás: Edwards (1994) Az „előre létrehozott” pelyhek és az in-situ pehelyképződés hatékonyságának összehasonlítása adszorpció+koprecipitáció+(precipitáció) adszorpció

16 koaguláns dózis Az eltávolítás hatékonyságát befolyásoló tényezők arzén oxidációs száma pH alkalmazott koaguláns

17 koaguláns dózis Az eltávolítás hatékonyságát befolyásoló tényezők arzén oxidációs száma pH alkalmazott koaguláns

18 As(V) előfordulása a pH függvényében As(III) előfordulása a pH függvényében Forrás: Fields et al. (2000)

19 As(V) előfordulása a pH függvényében As(III) előfordulása a pH függvényében Forrás: Fields et al. (2000)

20 As(III) eltávolítása FeCl 3, Al 2 (SO 4 ) 3 és Bopac koagulánsokkal ~ 200 ug/L kezdeti arzénkoncentrációról (csepeli nyersvízből készített modell oldat) Az oxidáltsági fok szerepe

21 Eredmények A vas-klorid tehát bizonyos mértékben elő-oxidáció nélkül is csökkenti az arzénkoncentrációt, azonban a 10  g/L körüli alatti arzénkoncentráció eléréséhez előzetesen oxidálószer adagolása feltétlenül szükséges. Az alumínium-szulfát és Bopac koagulálószerek nem bizonyultak alkalmasnak az As(III) koncentráció csökkentésére. Az oxidáltsági fok szerepe

22 pH szerepe pH hatása az arzéneltávolításra alumínium-szulfát koagulálószer alkalmazása esetén (hajdúbagosi nyersvíz (2. sz. kút, üzemen kívűl); előoxidáció 1,35 mg Cl 2 /L hypóval, 70 ug/L kezdeti arzénkoncentráció)

23 pH szerepe A pH hatása egyértelmű (alacsonyabb pH értéken hatékonyabb arzén eltávolítás), azonban a koagulálószer dózisok növelésével (ami természetesen maga után vonja a maradék arzénkoncentráció csökkenését) a pH-tól való függés hatása egyre kisebb Figyelembe véve a magyarországi vizek magas pufferkapacitását, a pH szabályozás feltehetően nem gazdaságos megoldás

24 koaguláns dózis Az eltávolítás hatékonyságát befolyásoló tényezők arzén oxidációs száma pH alkalmazott koaguláns

25 As(V) eltávolítása FeCl 3, Al 2 (SO 4 ) 3 és Bopac koagulánsokkal ~ 200 ug/L kezdeti arzénkoncentrációról (budapesti csapvízből készített modell oldat) Az alkalmazott koaguláns típusa

26 As(V) eltávolítása FeCl 3, Al 2 (SO 4 ) 3 és Bopac koagulánsokkal ~ 50-100 ug/L kezdeti arzénkoncentrációról (budapesti csapvízből készített modell oldat) Az alkalmazott koaguláns típusa

27 As(V) eltávolítása FeCl 3, Al 2 (SO 4 ) 3 és Bopac koagulánsokkal ~ 15 ug/L kezdeti arzénkoncentrációról (budapesti csapvízből készített modell oldat) Az alkalmazott koaguláns típusa

28 Más kutatási eredmények: Az alkalmazott koaguláns szerepe: pH  7,0 esetén az alumínium- és vas koaguláns hatékonysága közel azonos (ha az adagolt mólok számát tekintjük), azonban magasabb pH értékeken vas-koaguláns adagolása célravezetőbb (Magyarországon a hálózatba bocsátott víz pH-ja > 7)

29 Vas-hidroxid pelyhek adagolása Al-hidroxid pelyhek adagolása Koaguláció (Al) Koaguláció (FeCl 3 ) Szorbeálódott arzén móljainak száma / az adagolt vas vagy alumínium móljainak száma Az oldatban maradó egyensúlyi arzén-koncentráció (  M) Forrás: Edwards (1994) Az „előre létrehozott” pelyhek és az in-situ pehelyképződés hatékonyságának összehasonlítása

30 Más kutatási eredmények: Az alkalmazott koaguláns szerepe: pH  7,0 esetén az alumínium- és vas koaguláns hatékonysága közel azonos (ha az adagolt mólok számát tekintjük), azonban magasabb pH értékeken vas-koaguláns adagolása célravezetőbb (Magyarországon a hálózatba bocsátott víz pH-ja > 7) Következtetés: minden nyersvíztípus egyedi vizsgálatot igényel!!!

31 koaguláns dózis Az eltávolítás hatékonyságát befolyásoló tényezők arzén oxidációs száma pH alkalmazott koaguláns

32 Koaguláns dózis: A 10 μg/L-es koncentráció eléréséhez 40-szeres Fe/As arány szükséges (mg/L értékeket figyelembe véve) (El-Bahadli, 2000) Saját kísérleti eredmények: a nyersvízminőség nagyon jelentős mértékben befolyásolja az adagolandó koagulálószer mennyiségét! Az arzén koncentráció mértéke az egyéb – vízben jelen lévő – anyagokhoz képest csekély, így az adagolandó koagulálószer mennyiségét alapvetően nem a víz arzéntartalma, hanem a víz egyéb paraméterei határozzák meg Egy példa: szervesanyagtartalom hatása...

33 Arzenát eltávolítása vas-klorid koagulálószerrel csepeli nyersvízből (KOI = 1 mg/L) és hortobágy-szásztelki nyersvízből (KOI = 12,7 mg/L) készített modell oldatokból (arzén koncentráció ~ 200 ug/L) Szervesanyag tartalom hatása az arzéneltávolításra

34 Arzenát eltávolítása alumínium-szulfát koagulálószerrel csepeli Nyersvízből (KOI = 1 mg/L) és hortobágy-szásztelki nyersvízből (KOI = 13,7 mg/L) készített modell oldatokból (arzén koncentráció ~ 220 ug/L) Szervesanyag tartalom hatása az arzéneltávolításra

35 Szükséges Me mmol/LSzükséges fém/arzén mólarány KOI ~ 1KOI ~ 13KOI ~ 1KOI ~ 13 Vas-klorid0,020,256,885,1 Alumínium- szulfát 0,130,844,3272,5 Szervesanyag tartalom hatása az arzéneltávolításra A szükséges fém/arzén mólarány 10 ug/L-es arzénkoncentráció Eléréséhez (~ 220 ug/L kezdeti arzén koncentráció esetén) alacsony (KOI = ~ 1 mg/L) és magas (KOI ~ 13 mg/L) szervesanyag tartalmú vizek esetén

36 Technológiai sorok kialakítása

37 Cl 2 Fe(III)- flokk. Cl 2 gázmentesítés VITUKI – VÍZGÉPTERV által kidolgozott technológia (Kiss & Kelemen, 1985) Up-flow rendszerű szűrő mélységi szűrés

38 2HCO 3 - + Ca(OH) 2 Ca 2+ + 2CO 3 2- + 2H 2 O 2Ca 2+ + 2CO 3 2- 2CaCO 3 Mg 2+ + Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 + Ca 2+ Vízlágyítás Ca(OH) 2 adagolásával

39 Vízlágyítás Na 2 CO 3 adagolásával 2Ca 2+ + Na 2 CO 3 CaCO 3 + Na +

40 Az arzén eltávolítása meszes vízlágyítás során: Adszorpció a keletkezett csapadék felületén Koprecipitáció: Mg(OH) 2 - ba történő beépülés

41 Cl 2 Fe(III)- Na 2 CO 3 vagy Ca(OH) 2 Cl 2 gázmentesítés vízlágyítás

42 Cl 2 Fe(III)- Ca(OH) 2 Cl 2 KMnO 4 gázmentesítés Vízlágyítás és pH szabályozás bedolgozott szűrőréteg (mangántalanítás)

43 vegyszerbekeverők puffer tartály flotálóutószűrő utó- fertőtlenítés nyers víz oxidálószer koagulálószer flokkulálószer fertőtlenítőszer ARZÉNMENTESÍTÉSI TECHNOLÓGIA VÁZLATA

44 Iszapkezelés lépései (Szeghalmi vízmű) : Ülepítő medence az ülepítés polielektrolit adagolásával történhet, amely az ülepedést gyorsítja Iszap átemelése a kondicionáló tartályba zeolit por adagolásával egyidejűleg Gépi víztelenítés (szűrőprés) A besűrített anyag konténerbe ürítése iszapkihordó csigával II. osztályú veszélyes hulladék; az elhelyezés feltétele min. 40 % szárazanyagtartalom  veszélyes hulladék lerakó

45 Iszapkezelés lépései (Dél-Bács-Kiskun megyei vízmű) : Ülepítő medence (10-15 óra tartózkodási idő) a felső fázis a települési csapadékcsatorna hálózatba kerül vagy visszavezetik a víztisztítási folyamat elejére Az iszap szárazanyag tartalma ülepítés után: 4-5 % Kaviccsal töltött (1-2 mm átmérőjű) drénezett szikkasztóágy tartózkodási idő: néhány nap Szikkasztás után a szárazanyag tartalom: 20 % Az iszapelhelyezés történhet betonba bedolgozással (?) vagy az aszódi veszélyes hulladék lerakóban

46 Alkalmazott technológiaArzén-eltávolító mechanizmus Koaguláció és szilárd/folyadék fázisszétválasztás kicsapatás adszorpció koprecipitáció Aktivált alumínium-oxidon történő adszorpció adszorpció Granulált vas-hidroxidon történő adszorpció adszorpció Ioncserés eljárásspeciális adszorpció Meszes vízlágyítás során történő arzén eltávolítás adszorpció a csapadék felületén, koprecipitáció Membrán technológiáknyomás hatására történő szilárd/folyadék fázisszétválasztás Szűrés mangán zöldhomokon keresztül katalitikus oxidáció, majd ezt követően adszorpció